论文部分内容阅读
硼化钛晶须(TiBw)增强钛基复合材料(TMCs)具有比强度高、耐磨性好、可变形加工等优点,是最具发展潜力的高性能非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)。但原位自生TiBw增强TMCs的增强相在高温下易发生粗化而失去对基体的钉扎作用,使得复合材料在高温下的强度减少,而现有研究对TiBw发生粗化的机理尚不明确。因此,本研究在制备TiBw增强TMCs的基础上,系统研究了不同热处理条件下TiBw的分解、长大及粗化的过程,并对TiBw粗化机理进行了深入分析。本研究以Ti粉和TiB2粉(2.95 wt.%)为原料,采用放电等离子烧结技术(Spark plasma sintering,SPS)来制备Ti-TiBw复合材料,并对烧结态Ti-TiBw复合材料的物相以及微观组织进行分析。在此基础上,通过对Ti-TiBw复合材料进行快速冷却,系统研究了热处理条件对Ti-TiBw 复合材料中TiBw形貌、尺寸等的影响规律,并分析了高温下TiBw的粗化机制。最后通过对Ti-TiBw复合材料进行退火处理,研究退火工艺对Ti-TiBw复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,在烧结过程中,原料Ti与TiB2可以发生原位反应生成TiB相,且无TiB2残留。在烧结态Ti-TiBw复合材料中TiB主要以团簇状分布于基体的一次颗粒边界处,少量以针状的形式分布于基体中。TiBw的晶体结构为B27斜方结构。TiBw沿[010]方向具有最快的生长速度,其理想横截面为六边形,是由(100)、(101)和(101)平面所组成。通过热处理发现,温度是TiBw发生粗化的主要因素,且TiBw粗化主要发生在升温阶段。Ti-TiBw复合材料中增强相TiBw径向和轴向的尺寸随急冷处理温度的升高增加,但径向尺寸的增加速率大于轴向尺寸的增加速率,表现为TiBw粗化。在急冷处理过程中,随温度的升高,小尺寸TiBw发生分解,溶质B原子从小尺寸TiBw周围向大尺寸TiBw周围进行扩散,使得TiBw发生粗化、数量减少,TiBw的平均尺寸增加。对退火态Ti-TiBw复合材料中TiBw长径比的统计结果表明:TiBw的长径比远大于临于界长径比。随退火温度的提高,TiBw的长径比呈现先减小后增大的趋势,TiBw的平均长径比约为12。对Ti-TiBw复合材料进行室温拉伸性能测试,研究发现烧结态复合材料的硬度值为349,较纯钛基体硬度值增加了45%。退火态复合材料的硬度值存在小幅度波动,整体较烧结态复合材料的硬度值略有减少。烧结态复合材料的屈服强度和抗拉强度可达到801 MPa和872 MPa,延伸率仅有1.69%。退火态Ti-TiBw复合材料的屈服强度较烧结态略有减少,抗拉强度较烧结态略有增加。随退火温度的提高,退火态Ti-TiBw复合材料的屈服强度和抗拉强度存在小幅度波动,延伸率随温度的升高显著提升。Ti-TiBw复合材料在1400℃进行退火处理后的抗拉强度可达到901 MPa,延伸率达6.7%。